[发明专利]基于3D‑Bioplotter打印技术的骨修复多孔复合支架及其制备方法

摘要

本发明公开了基于3D‑Bioplotter打印技术的骨修复多孔复合支架及其制备方法。该支架由具有三维大孔结构的基体和载药微球复合而成，制备步骤如下3D‑Bioplotter打印出具有规则三维大孔结构的支架基体；乳化溶剂挥发法制备复合六方介孔硅（HMS）、硅酸钙粉体（CS）和PLGA的载药微球；最后通过低温烧结将复合微球固定到基体材料中，制得基于3D‑Bioplotter打印技术的骨修复多孔复合支架。本发明将3D打印的多孔支架与具有药物缓释和骨修复效果的PLGA/HMS/CS复合微球结合起来，使支架不仅具有多级孔结构，同时还有良好的载药释药性能和成骨分化能力，能有效促进骨组织的修复和重建。

主权项

一种基于3D‑Bioplotter打印技术的骨修复多孔复合支架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备具有规则三维大孔结构的支架基体：利用计算机辅助设计软件CAD设计出骨缺损部位的三维结构模型，并把该三维模型保存为STL格式文件，然后导入3D‑Bioplotter中，用Bioplotter RP软件对CAD模型的数据进行分层处理，然后将基体材料加入不锈钢料筒中，在VisualMachines软件中设置打印温度、平台温度、针头大小、挤出压力、挤出速度、内部结构和孔径参数，然后启动3D‑Bioplotter将骨缺损部位的三维结构模型逐层打印成型，形成CAD模型中的规则三维大孔结构的支架基体；所述打印温度为130~160℃，平台温度为20~40℃，针头大小为0.2~0.4mm，挤出压力为1.0~3.5bar，挤出速度为1.0~5.0mm/s，孔径为0.1~1.2mm；内部结构为喷头角度0~179°交错排列，分层厚度为0.16~0.32mm；(2)制备载药或生长因子的PLGA/CS/HMS复合微球：将药物或生长因子与六方介孔硅混合得到药物或生长因子与六方介孔硅的混合粉体，然后将聚乳酸一羟基乙酸共聚物即PLGA溶于二氯甲烷中，待12~24h完全溶解后，加入上述混合粉体和硅酸钙粉体即CS，用高速分散均质机搅拌均匀，得到载药或生长因子的PLGA/CS/HMS共混液；用去离子水配制10~30mg/ml的聚乙烯醇水溶液，然后将上述共混液缓慢滴加到聚乙烯醇水溶液中，搅拌8~20h后将容器底部的复合微球分离出来，真空状态下冷冻干燥24~48 h至完全脱水，制得载药或生长因子的PLGA/CS/HMS复合微球，并用不锈钢筛网分离出目标粒径的复合微球备用；所述药物或生长因子浓度为0.2‑2mg/ml，六方介孔硅的浓度为10~40mg/ml，硅酸钙粉体的浓度为10~60mg/ml；聚乙烯醇为1788型、1799型中的一种；所述共混液滴加到聚乙烯醇水溶液到分离复合微球时的搅拌速度均为180~350r/min；复合微球粒径为100~600μm；以上所述浓度单位中的ml均以该步骤得到的共混液的体积为计算基准；，所述六方介孔硅为实验室自制介孔硅，制备方法如下：将2~5g十二胺、20~60ml无水乙醇、20~60ml去离子水加入250ml的烧杯中，用磁力搅拌器搅拌；然后加入5~10g正硅酸乙酯搅拌8~12h后陈化30min；分别用去离子水和乙醇洗涤，放入烘箱干燥后640℃锻烧4h，然后研磨过160目筛网，制得六方介孔硅粉末；(3)基体材料与微球的复合：将载药或生长因子的PLGA/CS/HMS复合微球均匀填充在支架孔道中，置于37~65℃烘箱中，保温2~4h直至微球牢固的粘结在支架孔道中，得到一种基于3D‑Bioplotter打印技术的骨修复多孔复合支架；所述骨修复多孔复合支架由具有三维大孔结构基体和载药微球复合而成；所述的三维大孔结构基体由3D‑Bioplotter仪器制备；载药微球由乳化法制备；复合支架由37~65℃低温烧结法制备而成；所述骨修复多孔复合支架的多孔结构由孔径为0.1~1.2mm的大孔、0.05~150μm的微米孔和2~50nm的介孔组成，大孔为三维支架基体中的孔洞，微米孔为微球37~65℃低温烧结后形成的微球间孔隙，介孔为六方介孔硅即HMS中的孔洞；所述骨修复多孔复合支架的孔隙率为60~80%，孔隙连通率为90%以上。